В статье рассматриваются преимущества биодиагностики и в том числе биотестирования загрязненных грунтов по сравнению с использованием химических или физических методов их анализа. Указывается, что для адекватной экологической оценки таких отложений необходимо комплексное использование результатов не только их химико-аналитических, но и биодиагностических исследований, однако последние должны быть опережающими и определяющими необходимость тех или иных химических анализов. Авторы делают ряд выводов и дают рекомендации относительно биотестирования загрязненных грунтов при инженерно-экологических изысканиях на основе выполненных ими ранее полевых и лабораторных исследований, результаты которых были опубликованы в других источниках.
Оценка экологической опасности при инженерно-экологических изысканиях на сегодняшний день проводится путем определения наличия в окружающей среде отдельных потенциально вредных веществ или воздействий и сравнения полученных результатов с допустимыми величинами (предельно допустимыми концентрациями, выбросами, сбросами и т.д.), регламентируемыми нормативными документами для этих веществ или воздействий.
Однако аналитические методы контроля имеют ряд существенных недостатков [5, 6]:
Даже при наличии необходимых реактивов, оборудования, специалистов и нормативов результаты химических анализов, выполняемых для экологических оценок качества окружающей среды, показывают лишь наличие или отсутствие неких «маркеров» – определенных концентраций загрязняющих веществ [4]. Но, во-первых, это имеет крайне ограниченное значение для прогноза и оценки состояния живых организмов, сообществ и анализируемой экосистемы в целом. Во-вторых, как уже отмечалось выше, не всегда удается выявить с достаточно степенью уверенности потенциально опасные поллютанты.
Поэтому большинство исследователей [1, 5 и др.] считает, что современные подходы к экологической оценке окружающей среды должны быть ориентированы прежде всего на биотические показатели. Соответственно, при проведении инженерно-экологических изысканий важны не столько сами уровни отдельных загрязнений и воздействий, сколько их суммарные биологические эффекты (например, рис. 1, 2), о которых не всегда могут дать информацию даже самые точные химические или физические анализы.
Рис. 1. Повышенный уровень мутационной изменчивости нивяника (поповника) при радиоактивном воздействии
Рис. 2. Листья люцерны с «обожженными» краями из-за воздействия диоксида серы (http://www.apsnet.org/edcenter/intropp/topics/Pages/PlantDiseaseDiagnosis.aspx)
В связи с этим в мировой практике достаточно активно развиваются и используются биологические методы контроля, или биодиагностика, – выявление причин или факторов изменений в состоянии окружающей среды на основе реакций определенных биологических видов. Эти методы в ряде случаев могут позволить быстро оценить качество среды и даже наличие в ней некоторых загрязнителей, не обнаруживаемых химическими методами.
К биодиагностике относятся биоиндикация и биотестирование [1], а также оценка ферментативной активности исследуемых сред. И если методы биоиндикации (основанной на наблюдении за составом и численностью видов-индикаторов) широко известны и активно применяются в системе инженерно-экологических изысканий, то биотестирование и оценка ферментативной активности в отношении грунтов менее известны.
Биотестирование (от англ. bioassay) – это установление токсичности исследуемой среды с помощью находящихся в стандартизованных условиях тест-объектов, у которых исследуются повреждения или отклонения от нормы, вызванные воздействием этой среды [5]. Тест-объектами могут быть живые организмы от бактерий, одноклеточных водорослей и простейших до высокоорганизованных растений и животных.
Например, в России для установления предельно допустимых концентраций некоторых веществ в рыбохозяйственных водоемах в качестве тест-объектов обязательно используются такие крохотные планктонные ракообразные, как дафнии (рис. 3).
Рис. 3. Дафнии (планктонные ветвистоусые ракообразные) под микроскопом. Эти тест-объекты используются в России, например, для установления предельно допустимых концентраций некоторых веществ в рыбохозяйственных водоемах
Методы биотестирования имеют ряд преимуществ по сравнению с химическими и физическими методами в силу интегрального характера ответных реакций живых организмов, которые:
Распространенные в настоящее время легитимные методы биотестирования разрабатывались по большей части при гидробиологических исследованиях. Грунтовые же системы в силу неоднородности и динамичности изменений их состава, структуры и свойств – достаточно сложные объекты для разработки систем экологической оценки.
Вместе с тем результаты инженерно-экологических изысканий говорят о том, что грунты все чаще попадают в категорию отходов (рис. 4, 5). Происходит это из-за усиливающегося антропогенного влияния на все компоненты природных систем, увеличения застроенных площадей со все большим использованием ранее непригодных для строительства территорий. Чаще всего грунты в таких условиях относят к классам опасности отходов V (практически неопасные) или IV (малоопасные). Для подтверждения их принадлежности к классу V обязательным является биотестирование их водной вытяжки.
Рис. 4. Грунты по результатам инженерно-экологических изысканий все чаще попадают в категорию отходов
Рис. 5. В соответствии с СП 2.1.7.1386-03 «Определение класса опасности токсичных отходов производства и потребления» эколого-гигиенические показатели и критерии отнесения отходов к классам опасности основаны на изучении фитотоксичности (например, для кресс-салата (а)) и токсичности водных вытяжек для гидробионтов (например, для дафний (б)) (фото Д.П. Припачкиной и с сайта http://ecoservice-a-toxicology.ru/)
Модели и подходы к биотестированию в сфере почвенно-экологических исследований разрабатываются достаточно активно. Но теоретическое обоснование подходов к биотестированию остальных грунтовых систем на сегодняшний день развито очень слабо. Однако вполне очевидно, что почвы и другие дисперсные грунты как объекты исследования имеют ряд разных характерных особенностей, которые должны определять и различия в подходах к биотестированию этих сред.
Экспериментальные полевые наблюдения и лабораторные исследования разных по составу дисперсных грунтов, загрязненных нефтью, нефтепродуктами, тяжелыми металлами, солями и др., проведенные ранее авторами [2, 3] (рис. 6), позволили сделать ряд выводов и дать рекомендации относительно биотестирования грунтов при инженерно-экологических изысканиях.
Рис. 6. Примеры табличного представления данных биотестирования грунтов на загрязненность сырой нефтью по сухой биомассе газонных трав [3]
1. Подходы к оценке грунтов как отходов при инженерно-экологических изысканиях для построения адекватной системы экологической оценки должны базироваться на обязательной интеграции данных химико-аналитических и токсикологических исследований. Причем последние должны быть опережающими и определяющими необходимость проведения химических анализов.
2. Биотестирование необходимо проводить с учетом условий миграции возможных поллютантов с использованием как водных вытяжек, так и самих грунтов (в виде грунтовых паст).
3. Для биотестирования грунтов в качестве тест-объектов хорошо себя зарекомендовали: кресс-салат (Lepidium sativum), овес посевной (Avena sativa) и смесь газонных трав, максимально приспособленная к природно-климатическим условиям России (см. рис. 5а, рис. 6, 7).
Рис. 7. Примеры результатов биотестирования мелкозернистого песка, загрязненного дизельным топливом и поваренной солью, по всхожести семян овса посевного. Кривая № 1 (контрольная) – при отсутствии в грунте поллютантов; № 2, 3, 4 – соответственно при 1, 3, 5 г/кг дизельного топлива; № 5, 6 – соответственно при 0,5 и 2 г/кг поваренной соли; 7 – соответственно при 1 и 0,5 г/кг дизельного топлива и поваренной соли одновременно; 8 – соответственно при 1 и 2 г/кг дизельного топлива и поваренной соли одновременно
4. В качестве альтернативны при инженерно-экологических изысканиях можно определять ферментативную активность, являющуюся универсальным показателем, характеризующим биотические свойства грунтов. В отношении разработанности и представительности получаемых результатов необходимым и достаточным может быть признано определение пероксидазной, гидролазной, уреазной, каталазной и фосфатазной активности.
5. При уверенном выявлении состава загрязняющих веществ и соответствующего биологического отклика на их присутствие необходима разработка программы санации (очистки) грунта.
6. Если состав поллютантов при изысканиях не выявлен, допустимо рекомендовать грунты к вывозу и утилизации на специализированных полигонах на основе результатов биодиагностических исследований.
Список литературы (в алфавитном порядке)
наверх
Поделиться
Поделиться
Скопировать ссылку
Оформить подписку